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JP7542971B2 - Method for adaptively scaling correction values in decoding and decoder therefor - Google Patents
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JP7542971B2 - Method for adaptively scaling correction values in decoding and decoder therefor - Google Patents

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JP7542971B2 JP2020046088A JP2020046088A JP7542971B2 JP 7542971 B2 JP7542971 B2 JP 7542971B2 JP 2020046088 A JP2020046088 A JP 2020046088A JP 2020046088 A JP2020046088 A JP 2020046088A JP 7542971 B2 JP7542971 B2 JP 7542971B2
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Description

本発明は、復号化方法における復号性能の向上のための方法及びその復号器に関する。 The present invention relates to a method for improving the decoding performance in a decoding method and a decoder using the same.

1963年にGallagerにより発見されたLow Density Parity Check(LDPC)符号は、伝送路で生じる誤りを訂正する誤り訂正符号の一つである。 The Low Density Parity Check (LDPC) code, discovered by Gallager in 1963, is one of the error-correcting codes that corrects errors that occur on the transmission line.

LDPC符号で最も問題となるのが復号法の実装である。最も一般的なBP復号法は高い復号性能を持つが式に複雑な関数を含むことから、実装するには関数をテーブル化する必要があった。そこで、簡易化されたMin-sum(MS)復号法が検討されたが、復号性能の劣化が問題となった。これらの問題を解決するため、これまでに様々な簡易復号法が提案されてきた。 簡易復号法は主にBP復号法をベースとしたBP-basedアルゴリズムとMin-sum(MS)復号法をベースとしたMS-basedアルゴリズムに大別できる。BP-basedは復号性能が高いが複雑度が高く、MS-basedは復号性能がある程度劣化するが複雑度が低いという特徴を持つ。 The biggest problem with LDPC codes is the implementation of the decoding method. The most common BP decoding method has high decoding performance, but because the formula contains complex functions, it was necessary to make the functions into a table in order to implement it. A simplified Min-sum (MS) decoding method was then considered, but degradation of decoding performance became an issue. To solve these problems, various simplified decoding methods have been proposed. Simplified decoding methods can be broadly divided into BP-based algorithms based on BP decoding method and MS-based algorithms based on Min-sum (MS) decoding method. BP-based has high decoding performance but high complexity, while MS-based has a certain degree of degradation in decoding performance but low complexity.

復号法の一例として、特許文献1の復号方法及び復号装置では、Offset BP-based復号法よりSum-Product復号法における行演算を近似することによって誤り訂正符号の復号性能を向上する発明が公開されている。これは、行演算において、列LLRの絶対値の最小値の大きさに応じたオフセット値を当該列LLRの絶対値の最小値から引いた値を、当該列LLRの列に対応する行LLRとすることにより実現している。 As an example of a decoding method, Patent Document 1 discloses a decoding method and decoding device that improves the decoding performance of error-correcting codes by approximating row calculations in Sum-Product decoding by offset BP-based decoding. This is achieved by subtracting an offset value corresponding to the magnitude of the minimum absolute value of a column LLR from the minimum absolute value of the column LLR in the row calculation, and setting the result as the row LLR corresponding to the column of the column LLR.

また、特許文献2の複合化装置では、低密度パリティーチェック符号化された受信信号の復号化において消費電力を削減した復号化装置の発明が公開されている。これは、伝送路の状態に応じてその補正値とゼロとのいずれかの値を選択し、行処理で使用する補正項を前述で選択した値に設定することにより実現している。 In addition, the decoder in Patent Document 2 discloses an invention for a decoding device that reduces power consumption when decoding a received signal that has been coded using low-density parity check coding. This is achieved by selecting either the correction value or zero depending on the state of the transmission line, and setting the correction term used in row processing to the value selected above.

また、特許文献3の複合化装置及び復号化方法では、復号化装置は、事前確率を初期値とする事後確率と第1の確率メッセージとから第2の確率メッセージを求めるビットノード処理部と、第2の確率メッセージに基づいて第1の確率メッセージの更新値を求めるチェックノード処理部と、第2の確率メッセージと第1の確率メッセージの更新値とに基づいて、事後確率の更新値を求める事後確率更新処理部とを含み、チェックノード処理部において、第1の確率メッセージを求めるBPアルゴリズムの式をヤコビアンロガリズムにより展開し更に数学的帰納法により展開した近似式に基づいて、第2の確率メッセージに基づいて第1の確率メッセージの更新値を求めることを特徴としており、Layered Normalized Min-sumアルゴリズムよりも良好なBER特性を有し、且つハードウェア実現が容易なアルゴリズムを用いた復号化装置及び復号化方法となっている。 In addition, in the decoding device and decoding method of Patent Document 3, the decoding device includes a bit node processing unit that determines a second probability message from a posterior probability with the prior probability set as an initial value and the first probability message, a check node processing unit that determines an update value of the first probability message based on the second probability message, and a posterior probability update processing unit that determines an update value of the posterior probability based on the second probability message and the update value of the first probability message. The check node processing unit determines an update value of the first probability message based on the second probability message based on an approximation equation obtained by expanding the equation of the BP algorithm for determining the first probability message by Jacobian logarithm and further expanding it by mathematical induction. This is a decoding device and decoding method that has better BER characteristics than the Layered Normalized Min-sum algorithm and uses an algorithm that is easy to realize in hardware.

また、特許文献4はTMCCから制御情報を抽出した後、変調方式・符号化率・DU比に応じてAを適応的に決定するものであり、特許文献5は、LLRの理論式のスケールに合わせてBのスケール変換を行うものであり、特許文献6は、雑音の分散値に応じて、Bのスケールを変化させるか、0とするかを選択するものである。なお、MS(Min-sum)復号法で使用されるパラメータをA、BP復号法で使用される補正値をB、Bの近似式に含まれるパラメータをCとしている。 In addition, in Patent Document 4, after extracting control information from TMCC, A is adaptively determined according to the modulation method, coding rate, and DU ratio, while in Patent Document 5, the scale of B is converted to match the scale of the theoretical formula of LLR, and in Patent Document 6, the scale of B is selected to be changed or set to 0 according to the noise variance value. Note that the parameter used in the MS (Min-sum) decoding method is A, the correction value used in the BP decoding method is B, and the parameter included in the approximation formula of B is C.

特開2011-4229号公報JP 2011-4229 A 特開2010-200126号公報JP 2010-200126 A 特開2011-55168号公報JP 2011-55168 A 特開2014-147029号公報JP 2014-147029 A 特開2011-129981号公報JP 2011-129981 A 特開2010-200126号公報JP 2010-200126 A

上述の特許文献のように、復号性能の向上・簡易化の手法は様々な方法で行われている。
現在、日本ではテレビジョン放送や素材伝送の更なる高解像度化が進められている。これらの誤り訂正符号には日本の衛星デジタル放送の規格であるISDB-S3と同様のLDPC符号が採用されつつある。ISDB-S3では所要CNRを低減できるLDPC復号器が要求されているが、実用化の観点から高い復号性能を有するBP-basedを適用することは難しい。そこで本発明では、復号アルゴリズムはBP-basedで現れる式の簡易化と、式の適応的な調整を行うことにより、高い復号性能と低い複雑度を両立する復号法及び復号器を提供することを目的とする。
As described in the above-mentioned patent documents, various methods have been used to improve and simplify the decoding performance.
Currently, in Japan, television broadcasting and material transmission are being made even higher resolution. For these error correction codes, LDPC codes similar to those in ISDB-S3, the standard for Japanese satellite digital broadcasting, are being adopted. ISDB-S3 requires an LDPC decoder that can reduce the required CNR, but from the viewpoint of practical application, it is difficult to apply a BP-based decoder with high decoding performance. Therefore, the present invention aims to provide a decoding method and decoder that achieve both high decoding performance and low complexity by simplifying the equations that appear in the BP-based decoding algorithm and adaptively adjusting the equations.

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、請求項1に記載の発明は、
LDPC符号で符号化された符号語を復号する復号方法において、ヤコビアンロガリズムによる展開により導入される関数g(x)=ln(1+e-|x|)について、複数のg(x)のうち少なくとも1つのg(x)をスケール変換する式に置き換える方法であって、

Figure 0007542971000001
のうちスケール因子γ’は
Figure 0007542971000002
のI -I またはI +I の項で構成されるスケール因子を、
Figure 0007542971000003
のように変形して表す変動値であり、
このうちΔ K
Figure 0007542971000004
のように適応的に変化する値であること
を特徴とする復号化における補正値の適応スケール変換方法である。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the invention described in claim 1 is as follows:
A method for decoding a codeword encoded by an LDPC code, comprising replacing a function g(x)=ln(1+e− |x| ) introduced by expansion using Jacobian logarithm with an equation for scaling at least one g(x) among a plurality of g(x), comprising the steps of:
Figure 0007542971000001
The scale factor γ' is
Figure 0007542971000002
A scale factor consisting of the terms I K −I 1 or I K +I 1 is
Figure 0007542971000003
This is a variable value that can be expressed by transforming it as follows:
Of these, ΔK is
Figure 0007542971000004
The value changes adaptively like this:
The present invention relates to a method for adaptively scaling correction values in decoding, the method comprising the steps of:

また、請求項2に記載の発明は、前記スケール変換する式のうち、スケール因子の乗算をシフト演算に変換することを特徴とする請求項1に記載の復号化における補正値の適応スケール変換方法である。 The invention described in claim 2 is a method for adaptively scaling correction values in decoding according to claim 1, characterized in that in the scale conversion formula, multiplication by a scale factor is converted to a shift operation.

また、請求項3に記載の発明は、
列処理演算部と、行処理入力部と、絶対値算出部と、符号抽出部と、符号演算部と、最小値探索部と、最小値選択部と、スケール因子演算部と、補正値演算部と、スケール変換部と、行処理出力部と、事後LLR演算部と、を有した復号器であって、
ヤコビアンロガリズムによる展開により導入される関数g(x)=ln(1+e-|x|)について、複数のg(x)のうちの1つのg(x)をスケール変換する式に置き換える復号器であって、

Figure 0007542971000005
のうちスケール因子γ’は
Figure 0007542971000006
のI -I またはI +I の項で構成されるスケール因子を、
Figure 0007542971000007
のように変形して表す変動値であり、
このうちΔ K
Figure 0007542971000008
のように適応的に変化する値であること
を特徴とする復号化における補正値の適応スケール変換復号器である。 The invention described in claim 3 is as follows:
A decoder having a column processing calculation unit, a row processing input unit, an absolute value calculation unit, a sign extraction unit, a sign calculation unit, a minimum value search unit, a minimum value selection unit, a scale factor calculation unit, a correction value calculation unit, a scale conversion unit, a row processing output unit, and a post-LLR calculation unit,
A decoder that replaces one g(x) of a plurality of g(x) with a scale conversion equation for a function g(x)=ln(1+e− |x| ) introduced by expansion using Jacobian logarithm,
Figure 0007542971000005
The scale factor γ' is
Figure 0007542971000006
A scale factor consisting of the terms I K −I 1 or I K +I 1 is
Figure 0007542971000007
This is a variable value that can be expressed by transforming it as follows:
Of these, ΔK is
Figure 0007542971000008
The value changes adaptively like this:
The present invention relates to an adaptive scale conversion decoder for correction values in decoding.

本発明の効果は、補正式の演算量を低減することができる。また、補正式が適応的に調整することができるので演算精度が向上する。また、復号性能の劣化を抑制することができる利点がある。 The effect of the present invention is to reduce the amount of calculation required for the correction formula. In addition, the correction formula can be adaptively adjusted, improving the calculation accuracy. Another advantage is that it is possible to suppress deterioration of decoding performance.

本発明に係る実施例1のフローチャートである。1 is a flowchart of a first embodiment of the present invention. 本発明に係る実施例1のh(x)の特性を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the characteristics of h(x) in the first embodiment according to the present invention. 本発明に係る実施例1の復号器構成例である。2 is a diagram showing an example of a decoder configuration according to a first embodiment of the present invention; 本発明に係る実施例1を用いた各復号法のBER特性を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the BER characteristics of each decoding method using the first embodiment of the present invention. LBP復号法のフローチャートの例である。1 is an example of a flowchart of an LBP decoding method. 探索ツリーの一例である。1 is an example of a search tree. 比較器の一例である。This is an example of a comparator. 比較器7個の場合の探索ツリーの一例である。1 is an example of a search tree for seven comparators. 比較器13個の場合の探索ツリーの一例である。13 is an example of a search tree for 13 comparators. 本発明に係る実施例2の数値探索の構成である。13 shows a configuration of a numerical search according to a second embodiment of the present invention. 本発明に係る実施例2の最頻値と頻度のグラフである。11 is a graph showing the mode and frequency of the second embodiment according to the present invention. 本発明に係る実施例2の探索ツリーの構成である。11 is a diagram showing the structure of a search tree according to a second embodiment of the present invention. 本発明に係る実施例2の並び替え部2の構成である。13 shows the configuration of a sorting unit 2 according to a second embodiment of the present invention. 本発明に係る実施例2の探索ツリーのフローチャートである。11 is a flowchart of a search tree according to a second embodiment of the present invention. 本発明に係る実施例2のmin3の探索精度のグラフである。13 is a graph showing the min3 search accuracy of the second embodiment according to the present invention. 本発明に係る実施例2のmin4の探索精度のグラフである。13 is a graph showing the search accuracy of min4 in the second embodiment according to the present invention. 本発明に係る実施例2の補正部の第1のフローチャートである。11 is a first flowchart of a correction unit according to a second embodiment of the present invention. 本発明に係る実施例2の補正部の第2のフローチャートである。13 is a second flowchart of the correction unit according to the second embodiment of the present invention. 本発明に係る実施例3のスケール変換の模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram of scale conversion according to a third embodiment of the present invention. 本発明に係る実施例3のスケール変換の模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram of scale conversion according to a third embodiment of the present invention. 本発明に係る実施例3の復号器の構成である。13 shows the configuration of a decoder according to a third embodiment of the present invention. 本発明に係る実施例3の復号器のフローチャートである。11 is a flowchart of a decoder according to a third embodiment of the present invention. BP復号法と各実施例との関連を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the BP decoding method and each embodiment. A1+A3のBER特性である。This is the BER characteristic of A1+A3. A1+A4のBER特性である。This is the BER characteristic of A1+A4. A1+A4のBER特性である。This is the BER characteristic of A1+A4. A1+A3+A4のBER特性である。This is the BER characteristic of A1+A3+A4.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の一例について説明する。図1は本発明に係る一実施形態のフローチャート、図2は本発明に係る一実施形態のh(x)の特性を示す図、図3は本発明に係る一実施形態の復号器構成例、図4は本発明に係る一実施形態を用いた各復号法のBER特性を示す図、図5はLBP復号法のフローチャートの例である。 Below, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Fig. 1 is a flowchart of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a diagram showing the characteristics of h(x) of an embodiment of the present invention, Fig. 3 is an example of a decoder configuration of an embodiment of the present invention, Fig. 4 is a diagram showing the BER characteristics of each decoding method using an embodiment of the present invention, and Fig. 5 is an example of a flowchart of the LBP decoding method.

LDPC符号は行列要素の非0が非常に少ない検査行列で定義される。 LDPC符号の検査行列をH=[Hm,n](m∈[1,M],n∈[1,N])と表すとき、m 行目に1を持つ列インデックスの集合をN(m)={n:Hm,n=1}、n列目に1を持つ行インデックスの集合をM(n)={m:Hm,n=1}と表す。 The LDPC code is defined as a check matrix with very few non-zero matrix elements. When the check matrix of an LDPC code is expressed as H = [Hm,n] (m ∈ [1,M], n ∈ [1,N]), the set of column indices that have a 1 in the mth row is expressed as N(m) = {n:Hm,n = 1}, and the set of row indices that have a 1 in the nth column is expressed as M(n) = {m:Hm,n = 1}.

LDPC符号の復号をLLR(Log Likelihood Ratio)による軟判定で行うとき 、LLRは

Figure 0007542971000009
と表される。
ここで、xとyはそれぞれ送信シンボルと受信シンボルである。変調方式をBPSK、通信路を分散σのAWGN(Additive White Gaussian Noize)通信路と仮定すると、LLRは
Figure 0007542971000010
となる。 When decoding an LDPC code using soft decision based on LLR (Log Likelihood Ratio), the LLR is
Figure 0007542971000009
This is expressed as:
Here, x and y are the transmitted symbol and the received symbol, respectively. Assuming that the modulation method is BPSK and the communication channel is an additive white Gaussian noise (AWGN) channel with a variance of σ 2 , the LLR is
Figure 0007542971000010
It becomes.

LDPC符号の復号の方法はBelief Propagation(BP)復号法が最も一般的である。一般的にBP復号法の評価には行処理全体と列処理全体を交互に行う処理をパラレルスケジューリングか、行処理と列処理を部分的に交互に行う処理をシリアルスケジューリングを用いる。シリアルスケジューリングを採用したBP復号法のことをLayered BP(LBP)復号法と呼ぶ。 The most common method of decoding LDPC codes is the Belief Propagation (BP) decoding method. Generally, to evaluate the BP decoding method, parallel scheduling is used, in which the entire row processing and the entire column processing are performed alternately, or serial scheduling is used, in which row processing and column processing are performed partially alternately. A BP decoding method that employs serial scheduling is called a Layered BP (LBP) decoding method.

LBP復号法の復号過程を以下に、図5にLBP復号法のフローチャートを示す。ただし、λnをn番目のLLR(Log Likelihood Ratio)、lを現在の反復回数、lmaxを最大反復回数、α(l) m,nをチェックノードmから変数ノードn へ送る外部LLR、βm,n (l)を変数ノードnからチェックノードmへ送る事前LLR、β (l)を事後LLR、

Figure 0007542971000011
を復号系列とする。 The decoding process of the LBP decoding method is as follows, and the flowchart of the LBP decoding method is shown in Figure 5. Here, λn is the n-th LLR (Log Likelihood Ratio), l is the current iteration number, lmax is the maximum iteration number, α (l) m,n is the extrinsic LLR sent from check node m to variable node n, βm,n (l) is the prior LLR sent from variable node n to check node m, βn (l) is the posterior LLR,
Figure 0007542971000011
Let be the decoded sequence.

ステップ1として初期化を行う。l=1、β (0)、lmaxを設定する。 In step 1, initialization is performed: l=1, β m (0) and lmax are set.

ステップ2として列処理を行う。現在のレイヤ内の各nについて、[Hm,n]=1であるノードに対して

Figure 0007542971000012
を計算する。nは1,2,・・・,Nの順序に従う。 Step 2 is column processing. For each n in the current layer, for the node with [H m,n ]=1,
Figure 0007542971000012
Calculate n in the order 1, 2, ..., N.

ステップ3として行処理を行う。現在のレイヤ内の各mについて、[Hm,n]=1であるノードに対して

Figure 0007542971000013
を計算する。ここで、
Figure 0007542971000014
と定義され、f(x)をGallager関数という。mは1,2,・・・,Mの順序に従う。 Step 3 is row processing. For each m in the current layer, for the node with [H m,n ]=1,
Figure 0007542971000013
Calculate where:
Figure 0007542971000014
where f(x) is called a Gallager function, and m follows the order 1, 2, ..., M.

ステップ4として事後LLRの更新を行う。現在のレイヤ内の各nについて、既に計算したαm,n (l)、βm,n (l)を用いて

Figure 0007542971000015
を計算する。 Step 4 is to update the a posteriori LLR. For each n in the current layer, we use the already calculated α m,n (l) and β m,n (l)
Figure 0007542971000015
Calculate.

ステップ5としてレイヤの判定を行う。次のレイヤが存在する場合はステップ2を行い、次のレイヤが存在しない場合はステップ6を行う。 Step 5 is to determine the layer. If a next layer exists, perform step 2; if not, perform step 6.

ステップ6として復号系列の推定を行う。

Figure 0007542971000016
を用いて行う。 In step 6, the decoded sequence is estimated.
Figure 0007542971000016
This is done using.

ステップ7としてパリティチェックを行う。もし、Hc∧T=0 or 1=lmaxの場合、復号結果としてcを出力して終了する。もしくはl=l+1の場合はステップ2を行う。 In step 7, a parity check is performed. If Hc ∧ T = 0 or 1 = l max , c is output as the decoded result and the process ends. Or, if l = l + 1, step 2 is performed.

BP復号法とLBP復号法の行処理は同じ式が使用される。BP復号法の行処理は

Figure 0007542971000017
と表すことができる。ここで、演算田は、
Figure 0007542971000018
Figure 0007542971000019
と定義される。ここで、I>0であり、演算田は可換性、結合性を有する。式(11)はJacobian Logarithmにより、
Figure 0007542971000020
と展開できる。ここで、min(A,B)は小さい方を選択する関数である。また、
Figure 0007542971000021
とおくと、
Figure 0007542971000022
と表せる。BP復号法は実装において関数g(x)の演算量が問題となるため、線形近似方式や区分線形近似方式、量子化テーブル方式などの手法が提案されている。 The row processing of the BP decoding method and the LBP decoding method uses the same formula.
Figure 0007542971000017
Here, the calculation field is
Figure 0007542971000018
Figure 0007542971000019
Here, I i >0, and the operators are commutative and associative. Equation (11) can be expressed by Jacobian Logarithm as follows:
Figure 0007542971000020
Here, min(A, B) is a function that selects the smaller one.
Figure 0007542971000021
Further afield,
Figure 0007542971000022
In the BP decoding method, the amount of calculation of the function g(x) becomes an issue in implementation, so methods such as a linear approximation method, a piecewise linear approximation method, and a quantization table method have been proposed.

g(x)の項を近似した復号法としてModified MS(MMS)復号法、δ-min(DM)復号法がある。MMS復号法、DM復号法はパラメータDを用いて次のように近似する。

Figure 0007542971000023
Figure 0007542971000024
Figure 0007542971000025
Modified MS (MMS) decoding and δ-min (DM) decoding are decoding methods that approximate the term g(x). The MMS decoding and DM decoding methods use a parameter D to perform approximation as follows:
Figure 0007542971000023
Figure 0007542971000024
Figure 0007542971000025

パラメータDは復号中に求められるI、Iにより決まるため予め定めておく必要が無く、符号の次数分布に影響を受けない。ただし、

Figure 0007542971000026
の演算毎にDを求めるため演算量が多くなる。行処理で演算されるIの個数は自ノードを除いた|N(m)|-1個であるため、式(18)の演算は|N(m)|-2回必要となる。 The parameter D is determined by Ia and Ib obtained during decoding, so it does not need to be determined in advance and is not affected by the degree distribution of the code. However,
Figure 0007542971000026
Since D is calculated for each calculation, the amount of calculation is large. Since the number of Ii calculated in row processing is |N(m)|-1 excluding the node itself, the calculation of equation (18) is required |N(m)|-2 times.

式(18)の演算回数を抑えた復号法としてλ-min復号法が提案されている。λ-min復号法では行処理の演算に用いるLLRをL個だけ使用し、式(18)の回数をL-1回抑えることで近似する。

Figure 0007542971000027
ここで、N(m)はN(m)の最小値から昇順にL個まで選んだ集合である。関数g(x)の性質から最小値に近い値を用いるほど近似精度に対する貢献度が高くなる。 The λ-min decoding method has been proposed as a decoding method that reduces the number of calculations of equation (18). In the λ-min decoding method, only L LLRs are used for row processing calculations, and the number of calculations of equation (18) is reduced to L-1 times, thereby providing an approximation.
Figure 0007542971000027
Here, N L (m) is a set of L values selected in ascending order from the minimum value of N(m). Due to the nature of the function g(x), the closer a value to the minimum value is used, the greater the contribution to the approximation accuracy.

MS-basedアルゴリズムについて、最も簡易な復号法であるMin-sum(MS)復号法はg(x)を無視することで次のように近似する。

Figure 0007542971000028
従って、
Figure 0007542971000029
と表すことができる。MS復号法は演算量が最も少なくなるがBP復号法に対する劣化が大きいことが問題となる。 Regarding the MS-based algorithm, the Min-sum (MS) decoding method, which is the simplest decoding method, is approximated as follows by ignoring g(x).
Figure 0007542971000028
Therefore,
Figure 0007542971000029
The MS decoding method has the smallest amount of calculation, but the degradation compared to the BP decoding method is large.

この劣化を低減するための復号法としてOffset MS(OMS)復号法、Normalized MS復号法が良く知られている。どちらも得られた最小値に対してBP復号法と同程度の値となるように定数で補正する復号法である。OMS復号法、NMS復号法はそれぞれパラメータγ、εを用いて次のように補正する。

Figure 0007542971000030
Figure 0007542971000031
ただし、パラメータγ,εは符号の次数分布によって変わるため、符号毎に適した値を予め定めておく必要がある。 Well-known decoding methods for reducing this degradation include the Offset MS (OMS) decoding method and the Normalized MS decoding method. Both are decoding methods that correct the obtained minimum value with a constant so that it becomes a value similar to that of the BP decoding method. The OMS decoding method and the NMS decoding method use parameters γ and ε, respectively, to perform correction as follows:
Figure 0007542971000030
Figure 0007542971000031
However, since the parameters γ and ε change depending on the degree distribution of the code, it is necessary to determine in advance values suitable for each code.

次数分布によるパラメータを必要としない復号法としてSelf-Adjustable Offset MS(SAOMS)復号法が提案されている。SAOMS復号法では貢献度の高い関数g(x)の項のみを近似した値を補正値に用いることで次のように近似する。

Figure 0007542971000032
ここで、βmin1とβmin2はβm,n’ (l)の最小値と第2最小値であり、パラメータγは無視したg(x)の項による誤差を補正するパラメータである。 The Self-Adjustable Offset MS (SAOMS) decoding method has been proposed as a decoding method that does not require parameters based on degree distribution. In the SAOMS decoding method, an approximation is performed by using only the terms of the function g(x) with a high degree of contribution as a correction value, as follows:
Figure 0007542971000032
Here, βmin1 and βmin2 are the minimum and second minimum values of β m,n′ (l) , and the parameter γ is a parameter that corrects the error due to the ignored term of g(x).

BP復号法の行処理の展開として、BP復号法の行処理は式(18)が再帰的に行われる。演算田が可換性を持つことから、式(10)にI<I<・・・<I|A|-1<I|A|が成り立つときを仮定する。ただし、AはI、(i∈[1,|N(m)|-1])を要素とする集合である。I,I,・・・I|A|は次のように表される値とする。

Figure 0007542971000033
ここで、|A|=|N(m)|-1である。またminiはβm,n (l)の値を除く値の集合からi番目に小さい値を取り出す演算である。このとき、式(18)から比較演算を取り除くことができるため、
Figure 0007542971000034
と表すことができる。ただし、J|A|<J|A-1|<・・・<J<Jである。式(26)を1つの式にまとめると、
Figure 0007542971000035
となるから更に、
Figure 0007542971000036
と表せる。ただし、
Figure 0007542971000037
である。ここで、g(x)の項をまとめて、
Figure 0007542971000038
とおけば、
Figure 0007542971000039
と表せる。 As an expansion of row processing of the BP decoding method, the row processing of the BP decoding method is performed recursively using equation (18). Since the operators are commutative, it is assumed that I 1 < I 2 < ... <I |A|-1 <I |A| holds in equation (10). Here, A is a set whose elements are I i , (i ∈ [1, |N(m)|-1]). I 1 , I 2 , ..., I |A| are values expressed as follows:
Figure 0007542971000033
Here, |A|=|N(m)|-1. Also, mini is an operation to extract the i-th smallest value from a set of values excluding the value of β m,n (l) . In this case, since the comparison operation can be removed from the formula (18),
Figure 0007542971000034
Here, J |A| < J |A-1| < ... < J 2 < J 1. Combining equation (26) into one equation,
Figure 0007542971000035
Therefore,
Figure 0007542971000036
However,
Figure 0007542971000037
Here, the terms of g(x) are summed up as follows:
Figure 0007542971000038
So,
Figure 0007542971000039
This can be expressed as:

補正値の適応スケール変換について説明する。式(30)について、J|A|≒J|A-1|≒・・・≒J≒Jと近似すると、

Figure 0007542971000040
と近似できる。 Adaptive scale conversion of correction values will now be described. When equation (30) is approximated as J |A| ≈ J |A-1| ≈ ... ≈ J 2 ≈ J 1 ,
Figure 0007542971000040
can be approximated as follows.

式(32)はいくつかのg(x)が必要であり演算量が大きくなる。そこで、本願では1 つのg(x)をスケール変換する式に置き換えることで式を簡単化する。簡単のため、I-IまたはI+Iの項のみで構成される式を考える.例えばI-Iの式は,

Figure 0007542971000041
と表すことができる。 Equation (32) requires several g(x), which results in a large amount of calculation. Therefore, in this application, we simplify the equation by replacing one g(x) with an equation that scales. For simplicity, we consider an equation that consists only of the terms I K -I 1 or I K +I 1. For example, the equation for I K -I 1 is:
Figure 0007542971000041
It can be expressed as:

γ’ はスケール因子であり、

Figure 0007542971000042
と表せる。ここで、
Figure 0007542971000043
である。 γ' is a scale factor,
Figure 0007542971000042
Here,
Figure 0007542971000043
It is.

=I+Δとすると、

Figure 0007542971000044
と表せる。 If I k =I 2k ,
Figure 0007542971000044
This can be expressed as:

このとき、

Figure 0007542971000045
と表すことができる。 At this time,
Figure 0007542971000045
It can be expressed as:

また、0<e-x≦1であるから、e-x同士の乗算で表される項を0とおくと、

Figure 0007542971000046
と近似できる。 In addition, since 0<e −x ≦1, if we set the term expressed by multiplication of e −x to 0, then
Figure 0007542971000046
can be approximated as follows.

ここで、

Figure 0007542971000047
はI-Iの項以外が与えるスケールの変化量となり,
Figure 0007542971000048
はI-Iの項が与えるスケールの変化量の感度を表す量となる。ただし、0<式(40)≦1である。 Where:
Figure 0007542971000047
is the amount of change in scale given by terms other than I 2 -I 1 ,
Figure 0007542971000048
is an amount that represents the sensitivity of the amount of change in scale given by the term I 2 −I 1 , where 0<Equation (40)≦1.

このとき,式(34)は、

Figure 0007542971000049
と表すことができる。 In this case, equation (34) becomes:
Figure 0007542971000049
It can be expressed as:

ここで、スケールの変化量の感度が最大となる式(40)= 1の場合を考えると、

Figure 0007542971000050
となる。 Here, when the sensitivity of the scale change amount is maximum, the case of equation (40)=1 is considered.
Figure 0007542971000050
It becomes.

このとき、スケールの変化量が非常に大きくなることがあるため、次のようにスケールの変化量を制限する。

Figure 0007542971000051
ここで、ηは感度係数であり、0<η<1である。 In this case, the amount of change in scale may become very large, so the amount of change in scale is limited as follows.
Figure 0007542971000051
where η is a sensitivity coefficient, 0<η<1.

+Iの式に対して上記の演算を適用すると、同様の結果が得られる。従って、式(32) を次のように近似できる。

Figure 0007542971000052
Similar results are obtained by applying the above operations to the expression for I 1 +I k . Therefore, equation (32) can be approximated as follows:
Figure 0007542971000052

次にスケール変換の簡易化について説明する。本手法ではスケール因子の乗算が必要であるため、演算量が多くなる。そこで、簡易化のためにスケール因子の乗算をシフト演算に変換する。ここでは、1未満の値が扱えるように、

Figure 0007542971000053
と変形する。 Next, we will explain how to simplify the scale conversion. In this method, multiplication by a scale factor is necessary, which increases the amount of calculation. Therefore, for simplification, the multiplication of the scale factor is converted to a shift operation. Here, we convert the following so that values less than 1 can be handled:
Figure 0007542971000053
and transforms.

このとき,式(44)は次のように表せる。

Figure 0007542971000054
In this case, equation (44) can be expressed as follows.
Figure 0007542971000054

式(45)は、Δk>0であれば、

Figure 0007542971000055
と近似できる。 Equation (45) can be expressed as follows if Δk>0:
Figure 0007542971000055
can be approximated as follows.

ここで、

Figure 0007542971000056
とおくと、h(x)は次のように近似できる。
Figure 0007542971000057
ここで、S’、Tは定数であり、0<S’≦1、0<T≦1である。 Where:
Figure 0007542971000056
Then, h(x) can be approximated as follows:
Figure 0007542971000057
Here, S' and T are constants, and 0<S'≦1 and 0<T≦1.

図2はh(x)とその近似式の特性の一例である。この例では、η=1/2、S’=η、T=η/2としている。 Figure 2 shows an example of the characteristics of h(x) and its approximation. In this example, η = 1/2, S' = η, and T = η/2.

式(49)は次のように別の形で表すことができる。

Figure 0007542971000058
ここで、S=S’/Tである。 Equation (49) can be written in another form as follows:
Figure 0007542971000058
Here, S=S'/T.

このとき、式(47) を、

Figure 0007542971000059
のように近似できる。ここで、Mk=min(Δ,S)である。 In this case, the formula (47) is changed to
Figure 0007542971000059
Here, Mk=min( Δk , S).

更にTで除算した

Figure 0007542971000060
を定義する。ここで,V=(|A|-2)Sである。 Further divided by T
Figure 0007542971000060
Define V = (|A|-2)S, where V = (|A|-2)S.

vの大きさにより、例えば、

Figure 0007542971000061
のように場合分けできる。場合分けの個数や条件は適宜変更しても良い。 Depending on the size of v, for example,
Figure 0007542971000061
The number of cases and conditions can be changed as appropriate.

図1は式(44)に上記の簡易化を行った場合の演算を示すフローチャートである。 Figure 1 is a flowchart showing the calculations when the above simplification is applied to equation (44).

ここで、g(x)を実装に適した近似式に置き換えた場合を考える。
本願ではg(x)の近似として、

Figure 0007542971000062
を用いる。ここで、C’、Dは定数であり、0<C’≦1、0<D≦1である。 Here, consider the case where g(x) is replaced with an approximation suitable for implementation.
In this application, the approximation of g(x) is as follows:
Figure 0007542971000062
Here, C' and D are constants, and 0<C'≦1 and 0<D≦1.

例えば、C’=0.9、D=1/2やC’=0.625、D=1/4のように組み合わせることができる。式(54)は次のように別の形で表すことができる。

Figure 0007542971000063
ここで、C=C’/Dである。 For example, combinations such as C'=0.9, D=1/2 or C'=0.625, D=1/4 are possible. Equation (54) can be written in another form as follows:
Figure 0007542971000063
Here, C=C'/D.

このとき、

Figure 0007542971000064
と表すことができる。 At this time,
Figure 0007542971000064
It can be expressed as:

式(25)では、β(l) m,nの値を除く値の集合から、小さい順に並べた値をI,I,・・・I|A|とするため、nが変わる度にI,I,・・・I|A|を選びなおす必要がある。そこでβ(l) m,nの値も含む値の集合から、小さい順に並べた値をI’,I’,・・・I’|B| とする。ただし、BはI’(i∈[1,|N(m)|])を要素とする集合である。このとき、I’,I’,・・・I’|B| は次のように表される。

Figure 0007542971000065
In formula (25), the values I 1 , I 2 , ..., I |A| are arranged in ascending order from the set of values excluding the values of β (l) m ,n , so I 1 , I 2 , ..., I |A| must be reselected every time n changes. Therefore, the values I' 1 , I' 2 , ..., I' |B| are arranged in ascending order from the set of values including the values of β (l) m,n. Here, B is a set whose elements are I' i (i∈[1, |N(m)|]). In this case, I' 1 , I' 2 , ..., I' |B| is expressed as follows:
Figure 0007542971000065

このとき、式(46)を次のように近似できる。

Figure 0007542971000066
ただし、
Figure 0007542971000067
である。 In this case, equation (46) can be approximated as follows:
Figure 0007542971000066
however,
Figure 0007542971000067
It is.

次に、復号器に実装した場合を説明する。
行処理で求める最小値は符号を除く場合に2つの値のみをとる。チェックノードmに接続される全変数ノードn’∈N(m)の|β(l) m,n’|の最小値をmin1、第2最小値をmin2とする。min1のインデックスを

Figure 0007542971000068
とすると、
Figure 0007542971000069
と表すことができる。 Next, the implementation in a decoder will be described.
The minimum value found in row processing has only two values, excluding the sign. Let min1 be the minimum value of |β (l) m,n' | of all variable nodes n' ∈ N(m) connected to check node m, and min2 be the second minimum value. Let the index of min1 be
Figure 0007542971000068
Then,
Figure 0007542971000069
It can be expressed as:

αm,n (l)の符号は、sign(βm,n’ (l))・sign(βm,n (l))=1であることを利用すれば、

Figure 0007542971000070
と表すことができる。 Using the fact that the sign of α m,n (l) is sign(β m,n′ (l) )·sign(β m,n (l) )=1,
Figure 0007542971000070
It can be expressed as:

また,式(62)は符号ビットをbm,n (l)=sign(βm,n (l))で表すと、

Figure 0007542971000071
と表すことができる。 Furthermore, when the sign bit of equation (62) is expressed as b m,n (l) =sign(β m,n (l) ),
Figure 0007542971000071
It can be expressed as:

ここで、

Figure 0007542971000072
は次の再帰的な性質
Figure 0007542971000073
を持ち、
Figure 0007542971000074
はXOR演算を表す。従って、αm,n (l)の符号はXOR演算をシリアルに実行することで得ることができる。 Where:
Figure 0007542971000072
has the following recursive property:
Figure 0007542971000073
With
Figure 0007542971000074
represents an XOR operation. Therefore, the sign of α m,n (l) can be obtained by serially performing XOR operations.

本方式の復号器構成例を図3に示す。列処理演算部では式(4)に従った演算を行う。つまり、事後LLRβ (l-1)から行処理出力部から出力された行処理値αm,n (l-1)を減算することで列処理値βm,n (l)を算出する。 An example of the decoder configuration of this method is shown in Figure 3. The column processing calculation unit performs calculations according to equation (4). That is, the column processing value β m ,n (l ) is calculated by subtracting the row processing value α m,n (l-1) output from the row processing output unit from the a posteriori LLR β n (l-1) .

行処理入力部はチェックノードmに接続される全変数ノードn’∈N(m)のβm,n’ (l)を絶対値算出部と符号抽出部に入力する。また、行処理入力部はFIFOを有しており、FIFOは変数ノードnのβm,n (l)を順に符号抽出部と事後LLR演算部に入力する。 The row processing input unit inputs β m,n' (l) of all variable nodes n' ∈ N(m) connected to check node m to the absolute value calculation unit and the sign extraction unit. The row processing input unit also has a FIFO, which inputs β m,n (l) of variable node n to the sign extraction unit and the a posteriori LLR calculation unit in order.

絶対値算出部では|βm,n’ (l)|を算出し、最小値探索部では|βm,n’ (l)|より最小値から昇順に並んだL個までの値min1,min2,・・・minLとminlのインデックスnminlを求める。 The absolute value calculation section calculates |β m,n' (l) |, and the minimum value search section finds up to L values min1, min2, . . . minL and index n minl of minl arranged in ascending order from the minimum value from |β m,n' (l) |.

最小値選択部では式(61)に従った演算を行う。つまり、n=nmin1のときmin2を、n≠nmin1のときmin1を選択する。 The minimum value selection unit performs a calculation according to equation (61). That is, when n=n min1 , min2 is selected, and when n≠n min1 , min1 is selected.

スケール因子演算部、補正値演算部、スケール変換部は図1のフローチャートに従った演算を行う。スケール因子演算部ではmin1,min2,・・・minLからvを算出し、vを用いてγを選択する。補正値演算部ではmin1,min2から補正値D(min(I’+I’,C)-min(I’-I’,C)を算出する。スケール変換部では補正値演算部で得られた結果をγによりスケール変換する。 The scale factor calculation unit, correction value calculation unit, and scale conversion unit perform calculations according to the flowchart in Figure 1. The scale factor calculation unit calculates v from min1, min2, ..., minL, and selects γ using v. The correction value calculation unit calculates a correction value D(min( I'2 + I'1 ,C)-min( I'2 -I'1 ,C)) from min1 and min2. The scale conversion unit scales the result obtained by the correction value calculation unit using γ.

符号抽出部ではβm,n’ (l)から符号ビットbm,n’ (l)を、FIFOから出力されたβm,n (l)から符号ビットbm,n (l)を抽出する。符号演算部では式(63)に従った演算を行う。つまり、bm,n’ (l)を再帰的にXOR演算することで得られる結果とbm,n (l)をXOR演算することで符号ビットを得る。 The sign extraction unit extracts the sign bit b m,n' (l) from β m ,n' (l) , and the sign bit b m,n (l) from β m ,n (l) output from the FIFO. The sign calculation unit performs a calculation according to equation (63). That is, the sign bit is obtained by XORing the result obtained by recursively XORing b m,n' (l) with b m,n (l) .

行処理出力部では最小値選択部と補正値選択部と符号演算部の出力からαm,n (l)を算出する。また、行処理演算部はRAMを有しており、RAM は次の反復回数l+ 1 のときαm,n (l)を列処理演算部に入力する。事後LLR演算部では式(7)に従った演算を行う。つまり、FIFOから出力されたβm,n (l)とαm,n (l)を加算することでβ (l)を算出する。 The row processing output unit calculates α m,n (l) from the outputs of the minimum value selection unit, the correction value selection unit, and the code calculation unit. The row processing calculation unit has a RAM, and the RAM inputs α m,n (l) to the column processing calculation unit at the next iteration number l+1. The post-LLR calculation unit performs calculation according to equation (7). That is, β m,n (l) output from the FIFO is added to α m,n (l) to calculate β n (l) .

次に、ISDB-S3のLDPC符号を用いて,計算機シミュレーションによるBER評価を行った。シミュレーションモデルとしてQPSK変調、AWGN通信路を設定し、評価に用いる符号化率をR=2/3 とした。BER=10-7における擬似エラーフリー特性の評価のため10,771,200ビットを用いており、復号における最大反復回数を50回とした。 Next, a BER evaluation was performed by computer simulation using the ISDB-S3 LDPC code. As a simulation model, QPSK modulation and an AWGN communication channel were set, and the coding rate used for the evaluation was R = 2/3. 10,771,200 bits were used to evaluate the pseudo error-free characteristics at BER = 10 -7 , and the maximum number of iterations in decoding was set to 50.

図4に各復号法のBER特性を示す。BP復号法とLBP復号法は浮動小数点演算で評価を行った。その他の復号法は、実装においてメモリ長の制限から変数を量子化する必要があるため、LLRと外部LLRを6bitの符号付き絶対値として、事後LLRを8bitの符号付き絶対値として量子化して評価を行った。各復号法のパラメータはOMS復号法ではε=0.125、NMS復号法ではγ=0.875、Seif-Adjustable OMS復号法ではγ=0.125を使用した。提案手法はη=1/2、S=4η、T=η/2、C=2.5、D=1/4とした。また、Δ(x) を用いてL=2とした場合も評価した。全ての簡易復号法はシリアルスケージューリングで評価した。図に表すとおり提案手法は従来手法より高い復号性能を得られることがわかる。 Figure 4 shows the BER characteristics of each decoding method. The BP and LBP decoding methods were evaluated using floating-point arithmetic. For the other decoding methods, variables must be quantized due to memory length limitations in implementation, so the LLR and extrinsic LLR were quantized as 6-bit signed absolute values, and the a posteriori LLR was quantized as 8-bit signed absolute values for evaluation. The parameters for each decoding method were ε = 0.125 for OMS decoding, γ = 0.875 for NMS decoding, and γ = 0.125 for Seif-Adjustable OMS decoding. For the proposed method, η = 1/2, S = 4η, T = η/2, C = 2.5, and D = 1/4. The case where L = 2 was also evaluated using Δ(x). All simple decoding methods were evaluated using serial scheduling. As shown in the figure, it can be seen that the proposed method can obtain higher decoding performance than the conventional method.

図4の特性のように、計算機シミュレーションにより、提案手法である高い復号性能と低い複雑度を両立する復号アルゴリズムは従来手法より高い復号性能が得られることを確認した。 As shown in the characteristics in Figure 4, computer simulations confirmed that the proposed decoding algorithm, which combines high decoding performance with low complexity, achieves higher decoding performance than conventional methods.

以上により、本発明は補正式の演算量を低減でき、補正式が適応的に調整されることで演算精度が向上し、復号性能の劣化を抑制できる利点がある。 As a result, the present invention has the advantage of being able to reduce the amount of calculation required for the correction formula, improve calculation accuracy by adaptively adjusting the correction formula, and suppress degradation of decoding performance.

実施例2では、確率的な数値探索と数値補正手法として高い復号性能と低い複雑度を両立する復号アルゴリズムを提案する。復号アルゴリズムはBP-basedで現れる式の簡易化と、式の適応的な調整を行う。計算機シミュレーションにより、提案手法は従来手法より高い復号性能が得られることを確認した。 In Example 2, we propose a decoding algorithm that combines high decoding performance and low complexity as a probabilistic numerical search and numerical correction method. The decoding algorithm simplifies the formulas that appear in a BP-based manner and adaptively adjusts the formulas. Computer simulations have confirmed that the proposed method achieves higher decoding performance than conventional methods.

行処理で演算されるIの個数は自ノードを除いた|N(m)|-1個であるため、式(18)の演算は|N(m)|-2回必要となる。式(18)の演算回数を抑えた復号法としてλ-min復号法が提案されている。λ-min復号法では行処理の演算に用いるLLRをL 個だけ使用し、式(18)の回数をL-1回に抑えることができる。

Figure 0007542971000075
ここで、NL(m)はN(m)の最小値から昇順にL個まで選んだ集合である。
|N(m)|個から最小値などの極値を探索するには一般に|N(m)|-1回の比較を要する。探索ツリーの例を図6に、ツリーに用いられる比較器を図7(a) に示す。 Since the number of Ii calculated in row processing is |N(m)|-1 excluding the node itself, the calculation of equation (18) is required |N(m)|-2 times. The λ -min decoding method has been proposed as a decoding method that reduces the number of calculations of equation (18). In the λ -min decoding method, only L LLRs are used for the calculation of row processing, and the number of times equation (18) is calculated can be reduced to L-1 times.
Figure 0007542971000075
Here, NL(m) is a set of up to L values selected in ascending order from the minimum value of N(m).
Searching for an extreme value such as a minimum value from |N(m)| items generally requires |N(m)|-1 comparisons. An example of a search tree is shown in Figure 6, and a comparator used in the tree is shown in Figure 7(a).

探索ツリーには図6のようにシリアルに比較を行う逐次探索ツリーと、パラレルに比較を行うトーナメント探索ツリーがある。これらの探索ツリーを用いる場合、L 個の値の探索にL(|N(m)|-1)回の比較が必要となるため、少ない比較回数で探索する方法が提案されている。提案された探索ツリーを図8、図9に、ツリーに用いられる比較器を図7に示す。比較回数を大幅に削減しつつ多くの値を探索できるが、正答率が低いという問題がある。 There are two types of search trees: sequential search trees, which perform comparisons serially as shown in Figure 6, and tournament search trees, which perform comparisons in parallel. When using these search trees, L(|N(m)|-1) comparisons are required to search for L values, so methods have been proposed that perform searches with a smaller number of comparisons. The proposed search trees are shown in Figures 8 and 9, and the comparators used in the trees are shown in Figure 7. It is possible to search for many values while significantly reducing the number of comparisons, but there is a problem in that the accuracy rate is low.

本実施例2のλ-min復号法では復号に用いる値の個数に比例して、探索に用いる比較器の個数も増加する。少ない比較回数で探索する方法も提案されているが、正答率が低い場合に復号性能が劣化する。そこで、比較回数を抑えつつ高い精度で探索する方法と、誤りと考えられる値を補正する方法を提案する。 In the λ -min decoding method of the second embodiment, the number of comparators used in the search increases in proportion to the number of values used in the decoding. Although a method for searching with a small number of comparisons has been proposed, the decoding performance deteriorates when the accuracy rate is low. Therefore, we propose a method for searching with high accuracy while suppressing the number of comparisons, and a method for correcting values that are considered to be erroneous.

次に、数値探索器の構成を説明する。数値探索の方法には逐次探索とトーナメント探索がある。逐次探索やトーナメント探索では全て入力値が比較されるため、探索したい数値が少なくとも1 つは必ず得られる。数値探索により得られるL個のLLRを最小値から昇順にmin1,min2,・・・Lth-minと表すことにする。 Next, we will explain the configuration of the numerical searcher. There are two methods of numerical search: sequential search and tournament search. In sequential search and tournament search, all input values are compared, so at least one desired numerical value is always obtained. Let us denote the L LLRs obtained by numerical search in ascending order from the minimum value as min1, min2, ..., Lth-min.

L=4の場合を説明する。提案する数値探索器の構成を図10に示す。各部での処理の流れを次に示す。ただし、探索ツリーへの入力を{x}(l∈[1|N(m)|])とする。 The case where L=4 will be explained. The configuration of the proposed numeric searcher is shown in Fig. 10. The processing flow in each part is shown below. Here, the input to the search tree is {x l } (l ∈ [1|N(m)|]).

(1)逐次探索部により{x}からmin1を求める。 (1) min1 is found from {x l } by the sequential search section.

(2)並び替え部1によりmin1以外の値{yl’}(l’∈[1|N(m)|-1])
を並び替える。
(2) The value {y l ' } (l ' ∈ [1 | N (m) | -1]) other than min1 by the sorting unit 1
Rearrange the items.

(3)トーナメント探索部により{yl’}から2nd~min4を求める。トーナメント探索部は2つのトーナメントブロックを持つ。一方のトーナメントブロックでmin2が求まり、他方でmin3かmin4が求まる。 (3) The tournament search unit finds 2nd to min4 from {y l' }. The tournament search unit has two tournament blocks. One tournament block finds min2, and the other finds min3 or min4.

(4)補助探索部により各トーナメントブロックで最後に選ばれなかった値{z,z}からmin3かmin4を求める。 (4) The auxiliary search unit finds min3 or min4 from the value {z 1 , z 2 } that was not last selected in each tournament block.

(5)並び替え部2によりトーナメント探索部と補助探索部で得られた値を並び替え、min2~min4を得る。 (5) The values obtained by the tournament search unit and the auxiliary search unit are sorted by sorting unit 2 to obtain min2 to min4.

(6)補正部によりmin3とmin4の値を補正する。 (6) The correction unit corrects the values of min3 and min4.

この数値探索器は、逐次探索部で1 つ、トーナメント探索部で2つ、補助探索部で1 つの値を探索する。逐次探索部は逐次探索ツリー、トーナメント探索部と補助探索部はトーナメント探索ツリーに該当する。探索ツリーを2つ用いるためmin1とmin2は必ず求められる。しかし、min3とmin4はフルソートをした場合の本来の3番目と4番目の値にはならないことがあるため、逐次探索部の性質を利用した並び替えによりmin3とmin4の探索精度を向上させる。 This numerical searcher searches for one value in the sequential search section, two in the tournament search section, and one in the auxiliary search section. The sequential search section corresponds to a sequential search tree, while the tournament search section and the auxiliary search section correspond to tournament search trees. As two search trees are used, min1 and min2 can always be found. However, min3 and min4 may not be the true third and fourth values when a full sort is performed, so the search accuracy of min3 and min4 is improved by rearranging the values using the properties of the sequential search section.

また、探索ツリーへ入力される値の数が多いほどmin3とmin4の探索精度が劣化するため、最後にmin3とmin4の値を補正する補正部を設けている。まず探索精度を向上させるため方法を説明し、次に値の補正方法を説明する。 In addition, the more values are input to the search tree, the more the search accuracy of min3 and min4 deteriorates, so at the end we have a correction section that corrects the values of min3 and min4. First we explain the method for improving search accuracy, and then we explain how to correct the values.

逐次探索部の性質を利用した並び替えについて説明する。逐次探索部では2値比較の出力を次の2値比較に入力することを繰り返すため、後の出力になっていくほど小さい値が出現しやすくなる。逐次探索部の出力に通し番号を与えたとき、通し番号に対する最頻値と頻度は図11のようになる。通し番号が大きくなるほど小さい値の出現率が高くなることがわかる。 We will explain sorting that takes advantage of the properties of the sequential search unit. In the sequential search unit, the output of a binary comparison is repeatedly input to the next binary comparison, so the later the output, the more likely it is that smaller values will appear. When a serial number is given to the output of the sequential search unit, the mode and frequency for the serial number are as shown in Figure 11. We can see that the larger the serial number, the higher the rate of appearance of small values.

逐次探索部の出力で小さい値が出現する頻度が高いのは、図11よりy4,y5,y6,y7である。min3とmin4の探索精度を向上するには、トーナメント探索部で小さい値が互いに比較されないような構成が望ましい。そこで、トーナメント探索部では比較器への入力の前に値を並び替えることで、小さい値と大きい値が比較されるようにする。トーナメント探索部への入力を{yl’}(l’∈[1|N(m)|-1])とする。 As can be seen from Figure 11, y4, y5, y6, and y7 are the ones that frequently produce small values in the output of the sequential search unit. To improve the search accuracy of min3 and min4, it is desirable to configure the tournament search unit so that small values are not compared with each other. Therefore, the tournament search unit rearranges the values before inputting them to the comparator so that small values are compared with large values. Let the input to the tournament search unit be {y l' } (l' ∈ [1|N(m)|-1]).

(A){yl’}を奇数番の要素y(i=2k+1)と偶数番の要素y(j=2k+2) に分ける。 (A) Divide {y l ' } into odd-numbered elements y i (i=2k+1) and even-numbered elements y j (j=2k+2).

(B){y}を要素yi1(i=4k+1)と要素yi2(i=4k+3)に分ける。{y}を要素yj1(j=4k+2)と要素yj2(j=4k+4)に分ける。 (B) Divide {y l } into elements y i1 (i 1 =4k+1) and y i2 (i 2 =4k+3), and divide {y j } into elements y j1 (j 1 =4k+2) and y j2 (j 2 =4k+4).

(C)[{yi1},{yi2}]、[{yj1},{yj2}]を各トーナメントブロックへの入力とする。ただし、[{yi1},{yi2}]または[{yj1},{yj2}]の要素数が奇数である場合、トーナメントにシード枠が生じる。 (C) Let [{y i1 },{y i2 }] and [{y j1 },{y j2 }] be the inputs to each tournament block, where if the number of elements in [{y i1 },{y i2 }] or [{y j1 },{y j2 }] is odd, then a seed slot is generated for the tournament.

ここで、k=0,1,2,・・・である。並び替えた後、各トーナメントブロックでは2要素ずつ対にして比較する。簡単のため|N(m)|=8として説明する。 Here, k = 0, 1, 2, .... After sorting, each tournament block compares pairs of two elements. For simplicity, we will explain with |N(m)| = 8.

(A)では|N(m)|-1個の数値{y1,y2,・・・y7}を奇数番の要素{y1,y3,y5,y7}と偶数番の要素{y2,y4,y6}に分ける。 In (A), divide the |N(m)|-1 numbers {y1, y2, ... y7} into odd-numbered elements {y1, y3, y5, y7} and even-numbered elements {y2, y4, y6}.

(B)では更に{y1,y3,y5,y7}を{y1,y5}と{y3,y7}に、{y2,y4,y6}を{y2,y6}とy4に分ける。 In (B), {y1, y3, y5, y7} is further divided into {y1, y5} and {y3, y7}, and {y2, y4, y6} is divided into {y2, y6} and y4.

(C)では各トーナメントブロックに{y1,y5,y3,y7}、{y2,y6,y4}が入力されるようにする。ただし、{y2,y6,y4}が入力されたトーナメントブロックではy4がシード枠になる。 In (C), {y1, y5, y3, y7} and {y2, y6, y4} are input to each tournament block. However, in the tournament block where {y2, y6, y4} is input, y4 becomes the seed slot.

この方法により入力を並び替えた場合の探索ツリーの例を図12に示す。探索ツリーの出力を最小値から昇順に並べる場合は図13の並び替え部2を用いる。また,探索ツリーへの入力から復号器へ出力するまでのフローチャートを図14に示す。 Figure 12 shows an example of a search tree when the input is sorted using this method. To sort the output of the search tree in ascending order from the smallest value, use sorting unit 2 in Figure 13. Figure 14 shows a flowchart from input to the search tree to output to the decoder.

探索精度について、入力を入れ替えない場合、入力をランダマイズした場合、提案手法の方法で入力を入れ替えた場合を比較した結果を図15、図16に示す。min1とmin2は各方法とも精度は100%である。提案手法は他の方法に比べてmin3とmin4の精度がそれぞれ最大5.4%、7.2%向上した。 Figures 15 and 16 show the results of comparing search accuracy when the input is not swapped, when the input is randomized, and when the input is swapped using the proposed method. The accuracy of min1 and min2 is 100% for both methods. The accuracy of the proposed method for min3 and min4 was improved by up to 5.4% and 7.2%, respectively, compared to the other methods.

探索精度と比較器数について、提案手法と既存手法を比較した結果を表1に示す。ただし、|N(m)|=8、試行回数を10000回とし、小数第2位以下は切り捨てた。既存手法は本来1st~min3まで求める探索ツリーであるが、比較のためmin4まで精度を求めた。提案手法は近似法2と同等の比較器数でmin3とmin4の精度がそれぞれ4.3%、11.6%向上した。

Figure 0007542971000076
Table 1 shows the results of comparing the proposed method with the existing method in terms of search accuracy and number of comparators. However, |N(m)| = 8, the number of trials was 10,000, and the values were rounded down to the second decimal place. The existing method is a search tree that originally seeks 1st to min3, but for comparison, the accuracy was sought up to min4. The proposed method, with the same number of comparators as approximation method 2, improved the accuracy of min3 and min4 by 4.3% and 11.6%, respectively.
Figure 0007542971000076

次に、外れ値の補正について説明する。
行処理で求める最小値は符号を除く場合に2つの値のみをとる。チェックノードmに接続される全変数ノードn’∈N(m)の|βm,n’ (l)|の最小値をmin1、第2の最小値をmin2とする。min1のインデックスを

Figure 0007542971000077
とすると,
Figure 0007542971000078
と表すことができる。一方、行処理で求めるg(x) は,
Figure 0007542971000079
と表すことができる。ただし,k≧2である。提案手法は式(69)は正しく得られるが、
k≧3の場合に式(70)は近似値となる可能性がある。min3、min4が誤まって得られる確率が高い値は、図15、図16より、それぞれフルソートした場合の本来の4,5 番目の値である。また、4、5番目の値に間違える確率は|N(m)|が大きいほど高くなる。このとき、g(x)の値が0に近づくため、計算コストに対する性能向上への貢献度は小さくなる。 Next, the correction of outliers will be described.
The minimum value found in row processing has only two values, excluding the sign. Let min1 be the minimum value of |β m,n' (l) | of all variable nodes n' ∈ N(m) connected to check node m, and min2 be the second minimum value. Let the index of min1 be
Figure 0007542971000077
Then,
Figure 0007542971000078
On the other hand, g(x) obtained by row processing is
Figure 0007542971000079
where k≧2. The proposed method correctly obtains equation (69), but
When k≧3, formula (70) may be an approximation. As shown in FIG. 15 and FIG. 16, the values that are most likely to be obtained by mistake in min3 and min4 are the true 4th and 5th values when full sorting is performed. The probability of mistaking the 4th and 5th values increases as |N(m)| increases. In this case, the value of g(x) approaches 0, so the contribution to performance improvement relative to calculation cost decreases.

そこで、min3、min4が特定の値を超えた外れ値と見なせる場合、誤りと判定して補正を加える。min3、min4の外れ値をそれぞれmin3>X+E、min4>X+Eと仮定する。ここで、X、Xはそれぞれフルソートした場合の本来の3、4番目の値の平均値であり、シミュレーション等により事前に求めることができる。また、E、EはそれぞれE=(X-X)/2、E=(X-X)/2のように事前に求めることができ。min3、min4が外れ値であった場合、次の処理を行う。

Figure 0007542971000080
min3’、min4’は処理後の値である。ここで、C3’、C4’はmin2<min3-C3’<min3、min3<min4-C4’<min4となるような定数である。
例えば,
Figure 0007542971000081
のように与えることができる。γ3’、γ4’はスケール因子である。min3’、min4’で補正する場合のフローチャートを図17に示す。 Therefore, if min3 and min4 are considered to be outliers that exceed a specific value, they are judged to be errors and corrections are made. Assume that the outliers of min3 and min4 are min3> X3 + E3 and min4> X4 + E4 , respectively. Here, X3 and X4 are the average values of the original third and fourth values when fully sorted, respectively, and can be obtained in advance by simulation or the like. Also, E3 and E4 can be obtained in advance as E3 =( X4 - X3 )/2 and E4 =( X5 - X4 )/2, respectively. If min3 and min4 are outliers, the following processing is performed.
Figure 0007542971000080
min3' and min4' are the values after processing, where C3 ' and C4 ' are constants such that min2<min3-C3 ' <min3 and min3<min4-C4 ' <min4.
for example,
Figure 0007542971000081
where γ 3′ and γ 4′ are scale factors. A flowchart for performing correction using min3′ and min4′ is shown in FIG.

また,min2が通常より小さい値となる場合、min3、min4も小さい値をとる確率が高くなる。この場合、min3、min4が外れ値と判断されたとき、誤差が非常に大きくなる。そこで、更に次の処理を行う。

Figure 0007542971000082
ここで、min3’’、min4’’は処理後の値である。ここで、C3’’>C3’、C4’’>C4’であり、min2<min3-C3’’<min3、min3<min4-C4’’<min4となるような定数である。例えば、
Figure 0007542971000083
のように与えることができる。γ3’、γ4’はスケール因子である。min3’’、min4で補正する場合のフローチャートを図18に示す。 Furthermore, if min2 is a value smaller than normal, there is a high probability that min3 and min4 will also be small values. In this case, when min3 and min4 are determined to be outliers, the error will be very large. Therefore, the following process is further performed.
Figure 0007542971000082
Here, min3″ and min4″ are the values after processing. Here, C3 > C3′ , C4 >C4 , and min2<min3- C3″ <min3, and min3<min4- C4″ <min4 are constants. For example,
Figure 0007542971000083
where γ 3′ and γ 4′ are scale factors. A flowchart for the case of correction using min3″ and min4 is shown in FIG.

実施例2では少ない比較回数で数値探索を行う手法を提案した。提案手法を他の復号法と組み合わせた場合、復号性能がほとんど劣化しないことを確認した。 In Example 2, we proposed a method for performing a numerical search with a small number of comparisons. We confirmed that when the proposed method was combined with other decoding methods, there was almost no degradation in decoding performance.

実施例2の発明の効果は、数値探索に要する比較回数を削減すること、比較回数の削減による探索精度の劣化を抑えること、 外れ値の補正により探索精度を向上することが挙げられる。 The effects of the invention of the second embodiment include reducing the number of comparisons required for a numerical search, suppressing the deterioration of search accuracy due to the reduction in the number of comparisons, and improving search accuracy by correcting outliers.

実施例3ではLLRと補正値のスケール変換手法について説明する。
式(1)より,送信シンボルxに割り当てられたビットbのLLRは

Figure 0007542971000084
と表される。ここで。b=0であるレプリカシンボルの集合をS、b=1であるレプリカシンボルの集合をSとし、通信路を分散σのAWGN(Additive White Gaussian Noise)通信路と仮定している。式(75)は指数和を含むため演算が複雑となり、σが非常に小さい場合にアンダーフローやオーバーフローが生じる。そこで、Max-log近似による近似式
Figure 0007542971000085
を利用する場合がある。変調方式をBPSKまたはQPSKとすると、LLR は
Figure 0007542971000086
となる。QPSKの場合はIQ平面の各相に割り当てられたビットに対してLLRが求められる。 In the third embodiment, a method of scaling the LLR and the correction value will be described.
From equation (1), the LLR of bit b i assigned to the transmission symbol x is
Figure 0007542971000084
Here, the set of replica symbols where b i =0 is S 0 , the set of replica symbols where b i =1 is S 1 , and the communication channel is assumed to be an AWGN (Additive White Gaussian Noise) channel with variance σ 2. Since equation (75) includes an exponential sum, the calculation becomes complicated, and underflow or overflow occurs when σ 2 is very small. Therefore, an approximation equation using Max-log approximation is used.
Figure 0007542971000085
If the modulation method is BPSK or QPSK, the LLR is
Figure 0007542971000086
In the case of QPSK, the LLR is calculated for the bits assigned to each phase of the IQ plane.

復号器を固定小数点で実装する場合、LLRのダイナミックレンジは有限となるため、σが非常に小さい場合にアンダーフローやオーバーフローが生じる。そこで、σが一定であれば式(77)を

Figure 0007542971000087
と近似できる。式(78)は2/σで正規化した場合と等価であるため、正規化係数を
Figure 0007542971000088
とおき、式(76)についても正規化すると、
Figure 0007542971000089
と近似できる。また、
Figure 0007542971000090
と更に近似してもよい。
When the decoder is implemented in fixed-point, the dynamic range of the LLR is finite, so that underflow or overflow occurs when σ 2 is very small. Therefore, if σ 2 is constant, we can rewrite Equation (77) as follows:
Figure 0007542971000087
Since equation (78) is equivalent to the case where it is normalized by 2/σ 2 , the normalization coefficient is
Figure 0007542971000088
Then, equation (76) is also normalized as follows:
Figure 0007542971000089
It can be approximated as follows.
Figure 0007542971000090
It may be further approximated as:

近似LLRを使用する場合、式(14)のmin(A,B)とg(x)の比が大きく変わる場合がある。簡単のため、復号の初期を例に説明する。l=0のとき、β (0)=λより、βm,n (0)=λとなる、このとき、式(14)は、

Figure 0007542971000091
と表すことができる。g(x)はλ、λの和と差により計算されるが、近似LLRを使用する場合は和と差の大きさが変化する。近似LLRが近似前よりも小さくなる場合、min(A,B)の大きさは近似前より小さくなり、g(x)の大きさは近似前よりも大きくなる。対して、近似LLRが近似前よりも大きくなる場合、min(A,B)の大きさは近似前より大きくなり、g(x)の大きさは近似前よりも小さくなる。この場合、min(A,B)がg(x)により正しく補正されないため、復号性能が劣化する場合がある。 When the approximate LLR is used, the ratio of min(A, B) and g(x) in formula (14) may change significantly. For simplicity, an example will be given of the initial stage of decoding. When l=0, β n (0)n , so β m,n (0)n . In this case, formula (14) becomes:
Figure 0007542971000091
g(x) is calculated by the sum and difference of λ a and λ b , but the magnitude of the sum and difference changes when the approximated LLR is used. When the approximated LLR becomes smaller than before the approximation, the magnitude of min(A, B) becomes smaller than before the approximation, and the magnitude of g(x) becomes larger than before the approximation. On the other hand, when the approximated LLR becomes larger than before the approximation, the magnitude of min(A, B) becomes larger than before the approximation, and the magnitude of g(x) becomes smaller than before the approximation. In this case, min(A, B) is not correctly corrected by g(x), so the decoding performance may deteriorate.

LLRの近似やビット精度でLLRのスケールが変更されてもmin(A,B)とg(x)の比を可能な限り保持する方法を述べる。ここでは、式(78)や式(80)で計算される近似LLRを用いる。また、関数g(x)の近似式として、

Figure 0007542971000092
を用いる。C、Dはそれぞれ傾きと切片であり、0<C<1、0<D<1である。例えば、C=0.9、D=1/2やC=0.625、D=1/4のように組み合わせることができる。このとき、式(14)を、
Figure 0007542971000093
と近似できる。 A method for maintaining the ratio of min(A, B) and g(x) as much as possible even if the scale of the LLR is changed due to the approximation of the LLR or bit precision will be described. Here, the approximate LLR calculated by the formula (78) or the formula (80) is used. Also, as an approximation formula of the function g(x),
Figure 0007542971000092
where C and D are the slope and intercept, respectively, and 0<C<1 and 0<D<1. For example, combinations such as C=0.9, D=1/2 or C=0.625, D=1/4 can be used. In this case, formula (14) can be rewritten as follows:
Figure 0007542971000093
can be approximated as follows.

変調方式が多値の場合、送信シンボルに割り当てられたぞれぞれビットのLLRが計算される。送信シンボルのビットbのLLRをλと表し、bの取り得るLLRの最大値をλi,maxとする。λi,maxの最大値をλmaxとする。LLRをqビットの符号付絶対値として量子化する場合、

Figure 0007542971000094
により、γλ∈[-2q-1q-1]としてスケール変換する。ここで、近似前のLLRをγλとし,スケール変換後のLLRをγλとすると、その比は、
Figure 0007542971000095
と表すことができる。式(78)や式(81)を用いるとき、γは計算されないため、
Figure 0007542971000096
と近似できる。ここで、σ^ はBER(Bit Error Rate)=0となるCNR(Carrier-to-Noise Rate)から求められる分散である。
このとき、式(84)は、
Figure 0007542971000097
のように表される。このスケール変換はγ>1の場合にのみ行うγ>1の場合のmin(A,B)とg(x)のスケール変換の模式図を図19に示す。この例では式(78)のみを示す。γ>1となる場合は、変調多値数が小さいときに起こりえる。変調多値数が小さい場合、ほとんどのビットのLLRがλi,max<2q-1となる。そこで、LLRを2q-1までスケールアップし、g(x)も適切にスケールアップすることで、比を保持したままダイナミックレンジを広げる。 When the modulation method is multi-level, the LLR of each bit assigned to the transmission symbol is calculated. The LLR of bit b i of the transmission symbol is represented as λ i , and the maximum possible LLR value of b i is represented as λ i,max . The maximum value of λ i,max is represented as λ max . When the LLR is quantized as a signed absolute value of q bits,
Figure 0007542971000094
Here, if the LLR before approximation is γ s λ i and the LLR after the scale transformation is γ q λ i , the ratio is
Figure 0007542971000095
When using equation (78) or equation (81), γ s is not calculated, so
Figure 0007542971000096
Here, σ^ 2 is the variance calculated from the CNR (Carrier-to-Noise Rate) at which BER (Bit Error Rate)=0.
In this case, equation (84) becomes:
Figure 0007542971000097
This scale conversion is performed only when γ c > 1. A schematic diagram of the scale conversion of min(A, B) and g(x) when γ c > 1 is shown in FIG. 19. In this example, only formula (78) is shown. The case where γ c > 1 occurs when the modulation multi-level number is small. When the modulation multi-level number is small, the LLR of most bits becomes λ i,max < 2 q-1 . Therefore, the LLR is scaled up to 2 q-1 and g(x) is also appropriately scaled up, thereby expanding the dynamic range while maintaining the ratio.

一方、γ≦1の場合は上記とは異なるスケール変換を行う。近似LLRはγによりγλとしてスケール変換し、2q-1でクリップする。γは変調多値数により異なる値を用いることができる。ただし、式(80)と式(81)の係数から、1≦γ≦1/4とする。g(x)のスケール変換は行わない。このとき、式(82)は、

Figure 0007542971000098
のように表される。γ≦1の場合のスケール変換の模式図を図21に示す。γ≦1となる場合は、変調多値数が大きいときに起こりえる。変調多値数が大きい場合、λi,max≧2q-1となるビットが増加する。LLRが大きいとき、min(A,B)に対するg(x)の大きさが非常に小さくなる。そのため、λi,max≧2q-1となるビットbのLLRは重要になりにくい。また、λ≧2q-1となる可能性も高いため、スケールアップしてもほとんどの場合クリップされる。そこで、λi,max<2q-1となるビットbのLLRに対してスケールアップを適切に行うことで、特定のビットのLLRのみダイナミックレンジを広げる。 On the other hand, when γ c ≦1, a scale conversion different from the above is performed. The approximate LLR is scaled as γ M λ i by γ M , and clipped at 2 q−1 . Different values can be used for γ M depending on the modulation multi-level number. However, from the coefficients of equations (80) and (81), 1≦γ M ≦1/4 is set. Scale conversion of g(x) is not performed. In this case, equation (82) becomes
Figure 0007542971000098
It is expressed as follows. A schematic diagram of scale conversion in the case of γ c ≦1 is shown in FIG. 21. When γ c ≦1 occurs when the modulation multi-level number is large. When the modulation multi-level number is large, the number of bits for which λ i,max ≧2 q-1 is increased. When the LLR is large, the magnitude of g(x) for min(A,B) becomes very small. Therefore, the LLR of bit b i for which λ i,max ≧2 q-1 is not likely to be important. In addition, since there is a high possibility that λ i ≧2 q-1 is satisfied, even if scaled up, it is clipped in most cases. Therefore, by appropriately performing scale up on the LLR of bit b i for which λ i,max <2 q-1 is satisfied, the dynamic range of only the LLR of a specific bit is expanded.

LLRの絶対的な大きさは変調方式やマッピングの方法、符号化率などの伝送パラメータによって変わり、更に復号器をハードウェアで実装する場合はLLRのダイナミックレンジが有限となる。従って、式(84)のLLRとCを伝送パラメータとビット精度に合わせて調整する必要がある。日本ではテレビジョン放送や素材伝送のOFDM方式は変調方式やマッピングの方法、符号化率などの伝送パラメータを設定でき、伝送パラメータはTMCC(Transmission and Multiplexing Configuration and Control)信号に付与される。TMCCの伝送パラメータを利用してLLRとCの調整を行う場合の構成を図21に、フローチャートに図22に示す。 The absolute magnitude of the LLR varies depending on transmission parameters such as the modulation method, mapping method, and coding rate, and furthermore, when the decoder is implemented in hardware, the dynamic range of the LLR is finite. Therefore, it is necessary to adjust the LLR and C in equation (84) according to the transmission parameters and bit precision. In Japan, the OFDM method used for television broadcasting and material transmission allows the setting of transmission parameters such as the modulation method, mapping method, and coding rate, and the transmission parameters are added to the TMCC (Transmission and Multiplexing Configuration and Control) signal. Figure 21 shows the configuration when adjusting the LLR and C using the TMCC transmission parameters, and Figure 22 shows the flowchart.

動作制御部ではTMCC信号に含まれる伝送パラメータに対応するパラメータをテーブルから読み取った後、確率情報の演算部とLDPC復号器の行処理部にパラメータを出力する。テーブルには変調方式やマッピング方法,符号化率に関連付けられたパラメータが格納されている。スケール変換後のLLRをテーブル化して実現することもできる。 The operation control unit reads the parameters corresponding to the transmission parameters contained in the TMCC signal from the table, and then outputs the parameters to the probability information calculation unit and the row processing unit of the LDPC decoder. The table stores parameters associated with the modulation method, mapping method, and coding rate. It is also possible to realize this by putting the LLR after scale conversion into a table.

実施例3では、限られたビット精度で復号性能の劣化を抑えるようにLLRをスケール変換する手法と、スケール変換されたLLRに対応して復号パラメータもスケール変換する手法を提案した。提案手法を他の復号法と組み合わせた場合、復号性能がほとんど劣化しないことを確認した。 In Example 3, we proposed a method for scaling LLRs to suppress degradation of decoding performance with limited bit precision, and a method for scaling decoding parameters in accordance with the scaled LLRs. We confirmed that when the proposed method is combined with other decoding methods, there is almost no degradation in decoding performance.

現在、日本ではテレビジョン放送や素材伝送の更なる高解像度化が進められている。高解像度映像の伝送を実現するために、変調多値数の増加による大容量化や、信号点配置を不均一にしたNUC(Non-Uniform Constellation)と高い誤り訂正能力を有するLDPC符号の利用による高信頼化が実施されている。LDPC符号は信号点に割り当てられたビットのLLRを利用して復号を行うが、変調多値数やマッピング方法の変更により信号点間隔が変わるとき、復号性能を維持するために必要なLLRのビット精度も変わる場合がある。そこで、実施例3では限られたビット精度で復号性能の劣化を抑えるようにLLRをスケール変換する手法と、スケール変換されたLLRに対応して復号パラメータもスケール変換する手法を提案する。提案手法を他の復号法と組み合わせた場合、復号性能がほとんど劣化しないことを確認した。 Currently, in Japan, efforts are being made to further improve the resolution of television broadcasting and material transmission. In order to achieve the transmission of high-resolution video, the number of modulation levels is being increased to increase capacity, and high reliability is being achieved by using NUC (Non-Uniform Constellation) with non-uniform signal point arrangement and LDPC codes with high error correction capabilities. LDPC codes perform decoding using the LLRs of bits assigned to signal points, but when the signal point interval changes due to changes in the number of modulation levels or mapping method, the bit precision of the LLRs required to maintain decoding performance may also change. Therefore, in the third embodiment, we propose a method of scaling LLRs to suppress degradation of decoding performance with limited bit precision, and a method of scaling decoding parameters corresponding to the scaled LLRs. It has been confirmed that when the proposed method is combined with other decoding methods, there is almost no degradation in decoding performance.

実施例3より得られる効果は、復号性能の劣化を抑制できる。伝送パラメータの変化時に対応できることが挙げられる。 The effect of the third embodiment is that it can suppress the degradation of decoding performance and can respond to changes in transmission parameters.

次に、各実施例の方法を組み合わせた場合の評価を行う。
LDPC符号は行列要素の非0が非常に少ない検査行列で定義される符号である。LDPC符号の一般的な復号法であるBP復号法は、検査行列の各行に対する行処理と各列に対する列処理という2 つの演算から構成される。このうち、BP復号法の行処理は、

Figure 0007542971000099
と表される。 Next, an evaluation will be performed when the methods of each embodiment are combined.
LDPC codes are codes defined by a check matrix with very few non-zero matrix elements. BP decoding, a common decoding method for LDPC codes, consists of two operations: row processing for each row of the check matrix and column processing for each column. Of these, the row processing in BP decoding is as follows:
Figure 0007542971000099
This is expressed as:

LDPC符号で最も問題となるのが行処理の実装である。行処理の式には複雑な関数を含むことから、実装するには関数をテーブル化する必要がある。また、再帰演算が必要であるため演算量も問題となる。この問題の解決のため、様々な簡易復号法が提案されている。簡易復号法は主にBP復号法をベースとしたBP-basedアルゴリズムとMin-sum(MS)復号法をベースとしたMS-basedアルゴリズムに大別できる。BP-basedは対数関数を近似することで簡易化する。しかし、再帰演算は残るため演算量は多いままとなる。 The biggest problem with LDPC codes is the implementation of row processing. Because the equation for row processing contains complex functions, the functions must be tabulated in order to implement it. In addition, the amount of calculations required is also an issue because recursive calculations are required. To solve this problem, various simplified decoding methods have been proposed. Simple decoding methods can be broadly divided into BP-based algorithms based on BP decoding and MS-based algorithms based on Min-sum (MS) decoding. BP-based simplifies the method by approximating logarithmic functions. However, the amount of calculations remains high because recursive calculations remain.

一方,MS-basedはmin(A,B)で得られる最小値をパラメータで補正することで簡易化する.しかし,符号毎に適したパラメータを予め定めておく必要があり,最適なパラメータが設定されていても復号性能が劣化する。 On the other hand, MS-based simplifies the process by correcting the minimum value obtained by min(A, B) with parameters. However, it is necessary to predetermine suitable parameters for each code, and even if optimal parameters are set, the decoding performance deteriorates.

このように、BP-basedは復号性能が高いが演算量が多く、MS-basedはパラメータを設定する必要があり復号性能が劣化するが演算量が低いという特徴を持つ。そこで、本研究の目的をBP-basedとMS-basedの双方の利点を持つ新しい復号アルゴリズムを提供する。 As such, BP-based has high decoding performance but requires a large amount of calculations, while MS-based requires parameter setting, which results in poorer decoding performance but requires less calculations. Therefore, the purpose of this research is to provide a new decoding algorithm that combines the advantages of both BP-based and MS-based.

提案手法はいくつかに分類することができる。図23にLDPC符号の復号の各処理と各実施例の関連を示す。また、各実施例の提案手法により得られる効果を次に示す。
(実施例1)補正値の適応スケール変換手法(演算量の削減、復号性能の改善、復号パラメータ不要)。
(実施例2)確率的な数値探索と数値補正手法(演算量の削減)。
(実施例3)LLRと補正値のスケール変換手法(復号性能の改善,多値変調・マッピング方式への対応)。
ここで、(実施例1)は田の演算方法に関するアルゴリズムであり、(実施例2)は田の演算に用いる数値に関する探索アルゴリズムであり、(実施例3)はLLRとg(x)の演算手法である。なお、評価では便宜的に実施例1をA1と表し、実施例2をA3、実施例3をA4と表す。また、A1+A3のBER特性(QPSK,R=3/4)を図24、A1+A4のBER特性(QPSK,R=3/4)を図25、A1+A4のBER特性(1024QAM,R=2/3)を図26、A1+A3+A4のBER特性(QPSK,R=3/4)を図27に示す。
The proposed methods can be classified into several categories. Figure 23 shows the relationship between each process of decoding LDPC codes and each embodiment. The effects obtained by the proposed method of each embodiment are as follows.
(Embodiment 1) Adaptive scale conversion method for correction values (reduction in amount of calculations, improvement in decoding performance, no need for decoding parameters).
(Example 2) Probabilistic numerical search and numerical correction method (reduction of the amount of calculation).
(Embodiment 3) Scale conversion method for LLR and correction value (improvement of decoding performance, support for multi-level modulation and mapping method).
Here, (Example 1) is an algorithm for the calculation method of x, (Example 2) is a search algorithm for the numerical values used in the calculation of x, and (Example 3) is a calculation method of LLR and g(x). For convenience in the evaluation, Example 1 is represented as A1, Example 2 is represented as A3, and Example 3 is represented as A4. Also, the BER characteristic of A1+A3 (QPSK, R=3/4) is shown in FIG. 24, the BER characteristic of A1+A4 (QPSK, R=3/4) is shown in FIG. 25, the BER characteristic of A1+A4 (1024QAM, R=2/3) is shown in FIG. 26, and the BER characteristic of A1+A3+A4 (QPSK, R=3/4) is shown in FIG. 27.

実施例を組み合わせた場合の評価を行った。
A1のパラメータはη=1/2、S=4η、T=η/2、C=2.5、D=1/4とした。
A3のパラメータはγ=1/8、γ=1/4、γ3’=1、γ4’=5/8とした。
A4のパラメータはq=6、γ=1/2とした。
The evaluation was carried out when the examples were combined.
The parameters of A1 were η=1/2, S=4η, T=η/2, C=2.5, and D=1/4.
The parameters of A3 were set as γ 3 =1/8, γ 4 =1/4, γ 3' =1, and γ 4' =5/8.
The parameters of A4 are q=6 and γ M =1/2.

評価結果では、A1は簡単なパラメータ設定で、BP-based以上の復号性能が得られた。演算量はBP-basedより非常に少なくMS-basedより多くなるが、A3など簡易化手法と組み合わせることでSAOMS復号法より少々多くなる程度となる。 The evaluation results showed that A1 achieved decoding performance equal to or better than BP-based with simple parameter settings. The amount of calculations is much less than BP-based and more than MS-based, but when combined with simplified methods such as A3, it becomes only slightly more than the SAOMS decoding method.

結果として、A1はBP-basedより演算量を大幅に抑えつつBP-based以上の復号性能を有するパラメータ設定が不要な復号アルゴリズムといえる。 As a result, A1 can be said to be a decoding algorithm that does not require parameter settings and has decoding performance equal to or better than BP-based while significantly reducing the amount of calculations required.

本願発明はテレビジョン放送や素材伝送の更なる高解像度化に必要なLDPC復号器の所要CNRを低減できるような高い複合性能と低い複雑度を両立することができるので、誤り訂正を使用するための多種の復号器に適用できる。
The present invention can achieve both high composite performance and low complexity, so that the required CNR of the LDPC decoder, which is necessary for further increasing the resolution of television broadcasting and material transmission, can be reduced. Therefore, the present invention can be applied to various types of decoders that use error correction.

Claims (3)

LDPC符号で符号化された符号語を復号する復号方法において、ヤコビアンロガリズムによる展開により導入される関数g(x)=ln(1+e-|x|)について、複数のg(x)のうち少なくとも1つのg(x)をスケール変換する式に置き換える方法であって、
Figure 0007542971000100
のうちスケール因子γ’は
Figure 0007542971000101
のI -I またはI +I の項で構成されるスケール因子を、
Figure 0007542971000102
のように変形して表す変動値であり、
このうちΔ K
Figure 0007542971000103
のように適応的に変化する値であること
を特徴とする復号化における補正値の適応スケール変換方法。
A method for decoding a codeword encoded by an LDPC code, comprising replacing a function g(x)=ln(1+e− |x| ) introduced by expansion using Jacobian logarithm with an equation for scaling at least one g(x) among a plurality of g(x), comprising the steps of:
Figure 0007542971000100
The scale factor γ' is
Figure 0007542971000101
A scale factor consisting of the terms I K −I 1 or I K +I 1 is
Figure 0007542971000102
This is a variable value that can be expressed by transforming it as follows:
Of these, ΔK is
Figure 0007542971000103
The value changes adaptively like this:
13. A method for adaptively scaling correction values in decoding, comprising:
前記スケール変換する式のうち、スケール因子の乗算をシフト演算に変換することを特徴とする請求項1に記載の復号化における補正値の適応スケール変換方法。 The method for adaptively scaling correction values in decoding according to claim 1, characterized in that in the scale conversion formula, multiplication of a scale factor is converted to a shift operation. 列処理演算部と、行処理入力部と、絶対値算出部と、符号抽出部と、符号演算部と、最小値探索部と、最小値選択部と、スケール因子演算部と、補正値演算部と、スケール変換部と、行処理出力部と、事後LLR演算部と、を有した復号器であって、
ヤコビアンロガリズムによる展開により導入される関数g(x)=ln(1+e-|x|)について、複数のg(x)のうちの1つのg(x)をスケール変換する式に置き換える復号器であって、
Figure 0007542971000104
のうちスケール因子γ’は
Figure 0007542971000105
のI -I またはI +I の項で構成されるスケール因子を、
Figure 0007542971000106
のように変形して表す変動値であり、
このうちΔ K
Figure 0007542971000107
のように適応的に変化する値であること
を特徴とする復号化における補正値の適応スケール変換復号器。
A decoder having a column processing calculation unit, a row processing input unit, an absolute value calculation unit, a sign extraction unit, a sign calculation unit, a minimum value search unit, a minimum value selection unit, a scale factor calculation unit, a correction value calculation unit, a scale conversion unit, a row processing output unit, and a post-LLR calculation unit,
A decoder that replaces one g(x) of a plurality of g(x) with a scale conversion equation for a function g(x)=ln(1+e− |x| ) introduced by expansion using Jacobian logarithm,
Figure 0007542971000104
The scale factor γ' is
Figure 0007542971000105
A scale factor consisting of the terms I K −I 1 or I K +I 1 is
Figure 0007542971000106
This is a variable value that can be expressed by transforming it as follows:
Of these, ΔK is
Figure 0007542971000107
The value changes adaptively like this:
13. An adaptive scaling decoder for a correction value in decoding, comprising:
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